一种自耦变压器“隐性”过负荷的原因及其对策研究

刘 莹， 柳 昂， 许 伟

(国网浙江省电力公司湖州供电公司， 浙江 湖州 313000)



一种自耦变压器“隐性”过负荷的原因及其对策研究

刘 莹， 柳 昂， 许 伟

(国网浙江省电力公司湖州供电公司， 浙江 湖州 313000)

220 kV自耦变压器在电网中广泛存在，在实际运行中往往关注高压侧和中压侧的负荷电流不超额定容量，忽视对公共绕组过负荷的关注，而长期过负荷会造成设备老化甚至发生严重故障.通过分析公共绕组过负荷产生的原因，提出了公共绕组过负荷的监控及处置办法，以保证变压器可靠安全运行.

自耦变压器； 公共绕组； 过负荷

自耦变压器具有成本低、功率和电压损耗小、效率高的优点，在湖州东部电网220 kV电压等级中广泛存在.自耦变压器的结构与普通变压器不同，高中压绕组间除了有磁的耦合外，还存在电的联系，实质上是一个单绕组变压器，每个铁芯上绕着两个呈串联关系且绕向一致的绕组.三绕组自耦变压器等效电路如图1所示.图中：ab为串联绕组，bc为公共绕组，de为第三绕组.

这种变压器在运行中有一个特殊的问题：在某些运行方式下，高压侧和中压侧负荷均未超过额定容量SN，低压绕组也远未超额定容量S3N，但公共绕组视在功率却有可能超过它的额定容量SGF[1].

浙江省湖州电网在运行中发生某220kV变电站#2主变(三绕组自耦变压器)，后台多次报“过负荷告警”，经查主变输送容量未超限额，系公共绕组过负荷引起的该合并信号动作.这类过负荷比较隐蔽，容易被当作误报警.本文对这类自耦变过负荷产生的原因进行分析，并提出解决办法，以保证设备的可靠稳定运行.

1 公共绕组过负荷原因分析

自耦变压器效益系数：Kb=1-1/k12(Kb<1)，其中k12=U1N/U2N=I2N/I1N.

以图1所示的各电压、电流参考方向为例(不计损耗)，有：

P1=P2+P3；Q1=Q2+Q3.

公共绕组额定容量：

(1)

式1通过公共绕组的功率：

公共绕组的视在功率：

(2)

湖州电网220kV自耦变压器在正常情况下的运行方式主要有两种：一是高压侧向中低压侧输送功率；二是高压侧向中压侧供电，同时低压侧向中压侧倒送功率.

当高压侧同时向中低压侧供电时，各电压、电流参考方向与图1相同.由式2可知，当变压器达到额定容量时，即P1=P1N，Q1=Q1N时，SGF

由以上分析可以得出如下结论：当低压侧向中压侧倒送功率时，若要保证公共绕组不过载，变压器将不能满载运行.此时变压器的使用效率将降低，对负荷重的区域更加不利.

2 过负荷实例分析

2.1 变压器负荷计算

该220kV变电站#2主变容量为150MVA/150MVA/60MVA，额定电压为220kV/117kV/37kV，低压侧接有4台电容器(4×10MVar)共40Mvar，同时低压侧有协鑫电厂(2×15MW).6月21日10:20左右，#2主变发生过负荷，调取当天的高压侧与低压侧有功、无功曲线，见图2、图3所示.

由当日曲线可知：P1=116MVA，Q1=22Mvar，P3=-12.5MVA，Q3=-18.5Mvar.

参数计算：Kb=1-117/220=0.468.

公共绕组额定容量：SGN=70.2MVA.

公共绕组负荷：SGF=72.7MVA；SGF

以上为理论计算值，实际运行时的公共绕组过负荷情况可能会更严重.

2.2 变压器负荷动态分析

表1 COS∮=0.95时输送能力分析

表2 COS∮=0.98时输送能力分析

对照计算结果，通过对数据进行比较分析可知：

(1) 当低压侧无功率倒送时，变压器可以在额定容量下运行.

(2) 在低压侧向中压侧倒送相同无功功率的条件下，功率因素越高，输送能力越强.

(3) 在相同的功率因素条件下，低压侧无功功率倒送越多，输送能力越弱.

3 公共绕组过负荷的监测与处置办法

由理论分析可以看出，高压侧、低压侧同时向中压侧送出有功和滞后无功，可能造成各侧不超额定容量但公共绕组过负荷的情况.

首先筛选出系统自耦变的主变，自动化后台增加告警信号，根据

在后台设置预警信号，当达到额定负荷的95%时，推送告警信号，便于调度台及时响应，采取手段调整相关方式，防止过负荷的发生.

当公共绕组过负荷需要处置时，可考虑以下多种情况:

(1) 低压侧只有有功倒送，无功未倒送；

(2) 低压侧只有无功倒送，有功未倒送；

(3) 低压侧无功、有功均倒送.

调整步骤如下:

(1) 在可以的情况下退出35 kV电容器封锁，对AVC策略进行局部定制修改，投入110 kV站下10 kV电容器，需要确保力率在0.95以上，同时满足省地一体AVC下发的上、下限值，并关注母线电压不得越下限.

(2) 调整35 kV变电站运行方式，将负荷适当转移至小电源所在的母线，期间注意主变高压侧不因负荷调整而越限.35 kV改备线后可靠性降低，可能出现全站停电的情况，因此只有在无功调整后负荷仍越限的情况下才能调整备线方式.

(3) 转移110 kV部分的负荷或提高110 kV负荷的功率因素.

实际运行中部分投产较早的220 kV站因110 kV下属电容器无功容量较小，同时部分无功设备处在故障检修状态，因此如35 kV电容器不投入，会造成力率或指标不合格.建议确保电容器全投可用，同时对部分公共绕组容易越限的地区的10 kV电容器进行增容或增加，以保证当公共绕组过负荷发生时处置的及时、有效、简便，不影响可靠性.

4 结 论

三绕组自耦变压器在低压侧向中压侧倒送功率的运行方式下，虽然各侧均未达到额定容量运行，但公共绕组存在过负荷的可能.要提高变压器的输送能力，除合理安排中压侧运行方式外，还需积极调整低压侧电容器的运行容量，同时提高高压侧的功率因素.

[1]韩祯祥.电力系统分析[M].杭州：浙江大学出版社，2011：29-30.

[责任编辑 吴志慧]

On the Reasons and Countermeasures of "Recessive" Overload of Autotransformer

LIU Ying, LIU Ang, XU Wei

(Huzhou Power Supply Company, Zhejiang Electric Power Corporation, State Grid, Huzhou 313000, China)

220 kV autotransformer are widely used in the grid. But in the actual operation, we usually pay attention to the rated capacity of the load current of the high voltage side and the middle voltage side, but the public windings overload is ignored. And long-term overload will cause equipment aging or even serious failure. Through the analysis of the overload cause, this paper puts forward the monitoring and disposal method to ensure a safe operation of transformer.

autotransformer; public winding; overload

2016-10-12 通信作者:刘莹，工程师，研究方向：继电保护管理.E-mail：ilyly1115@163.com

TM77

A

1009-1734(2017)04-0052-04